Giáo Trình Kỹ thuật số - Chương 7

Một hệ thống kỹ thuật số sử dụng các giá trị rời rạc (không liên tục) để đại diện cho thông tin cho đầu vào, xử lý, truyền đi, lữu trữ….

11Chương 7BộđếmvàthanhghiTh.S Đặng NgọcKhoaKhoa Điện-ĐiệnTử2Bộđếm không đồng bộXét bộđếm4 bit ở hình 7-1Xung clock chỉđược đưa đến FF A, ngõ vào J, K củatấtcả các FF đều ở mứclogic 1.Ngõ ra của FF sau đượcnối đến ngõ vào CLK của FF trướcnó.Ngõ ra D, C, B, A là mộtsố nhị phân 4 bit vớiD là bit có trọng số cao nhất.Đây là bộđếm không đồng bộ vì trạngthái của các FF không thay đổi cùng vớixung clock. 23Hình 7-1 Bộđếm 4 bit4Quy ướcvề trọng sốTrong phầnlớncácmạch, dòng tín hiệuthường chạytừ trái sang phải.Trong chương này, nhiềumạch điệncódòng tín hiệuchạytừ phải sang trái. Ví dụ, trong hình 7-1:Flip-Flop A: LSBFlip-Flop D: MSB 35Số MODSố MOD là số trạng thái trong mộtchukỳ củamộtbộđếm.Bộđếm trong hình 7-1 có 16 trạng tháikhác nhau, do vậynólàbộđếm MOD-16Số MOD củamộtbộđếm đượcthayđổicùng vớisố Flip-Flop.Số MOD ≤ 2N6Số MODVí dụMộtbộđếm đượcsử dụng để đếmsảnphẩmchạyqua mộtbăng tải. Mỗisảnphẩm điqua băng chuyền, bộ cảmbiếnsẽ tạiramột xung. Bộđếmcókhả năng đếm được 1000 sảnphẩm. Hỏiítnhấtphải có bao nhiêu Flip-Flop trong bộđếm?Trả lời: 1000 ≤ 210= 1024. Phảicó10 FF 47Chia tầnsốTrong mộtbộđếm, tín hiệungõracủaFF cuối cùng (MSB) có tầnsố bằng tầnsốngõ vào chia cho số MOD. MộtbộđếmMOD-N là bộ chia N.8Ví dụ 7-1Ví dụ mạch tạoradaođộng xung vuông cótầnsố 1Hz.Tạoratínhiệu xung vuông 50Hz từ lưới điện.Cho điqua bộđếm MOD-50 để chia tầnsố 50 lần.Có đượctínhiệu xung vuông tầnsố 1Hz 59Trễ trong bộđếm không đồng bộCấutrúccủabộđếm không đồng bộ kháđơngiảnnhưng vấn đề trễ khi truyềntínhiệuqua mỗiFF sẽ làm hạnchế tầnsốcủabộđếm.Vớibộđếm không đồng bộ ta phảicóTclock≥Nx tpdFmax=1/(Nx tpd)10Trễ trong bộđếm không đồng bộBộđếm3 bit vớinhững tầnsố xung clock khác nhau 611Câu hỏi?Trong bộđếmbất đồng bộ, tấtcả các FF thay đổitrạng thái cùng mộtlúc? SaiGiả sử bộđếm trong hình 7-1 đang ởtrạng thái 0101. Sau 27 xung clock, trạngthái củabộđếmsẽ là bao nhiêu? 0000Số MOD củabộđếmcó5 Flip-Flop?12Bộđếm đồng bộTrạng thái củatấtcả các FF sẽđượcthayđổi cùng mộtlúcvới xung clock.Hình sau mô tả hoạt động củamộtbộđếm đồng bộMỗi FF có ngõ vào J, K đượckếtnốisaochochúng ở trạng thái cao chỉ khi ngõ ra củatấtcả các FF sau nó đều ở trạng thái cao.Bộđếm đồng bộ có thể hoạt động vớitầnsốcao hơnbộđếm không đồng bộ. 713Bộđếm đồng bộ MOD-1614Hoạt động củamạchB thay đổitrạng thái theo xung clock chỉkhi A = 1.C thay đổitrạng thái theo xung clock chỉkhi A = B = 1.D thay đổitrạng thái theo xung clock chỉkhi A = B = C = 1. 815Bảng chân trị16Bộđếmcósố MOD < 2NSử dụng ngõ vào không đồng bộ (clear, set) để buộcbộđếmbỏđimộtsố trạngthái.Trong hình 7-2, ngõ ra cổng NAND đượcnối đến ngõ vào không đồng bộ CLEAR củamỗi Flip-Flop.Khi A=0, B=C=1, (CBA = 1102= 610) ngõra cổng NAND sẽ tích cựcvàcácFF sẽ bịCLEAR về trạng thái 0. 917Hình 7-2 BộđếmMOD-618Trạng thái tạmLưuý rằng trong hình 7-2, 110 là mộttrạng thái tạmthời. Mạch chỉ tồntại ởtrạng thái này trong thờigianrấtngắnsau đósẽ chuyển sang trạng thái 000.000Æ001Æ010Æ011Æ100Æ101Æ000Ngõ ra của FF C có tầnsố bằng 1/6 tầnsốngõ vào. 1019Sơđồtrạng thái20Thiếtkế bộđếmMOD-XBước1: Tìm số FF nhỏ nhất sao cho 2N≥X. KếtnốicácFF lạivới nhau. Nếu2N= X thì không làm bước2 và3.Bước2: Nốimộtcổng NAND đếnngõvàoCLEAR củatấtcả các FF.Bước3: Xác định FF sẽởmứccaoứng vớitrạng thái bộđếm = X. NốingõracủacácFF đếnngõvàocủacổng NAND. [...]... (9) 24 BộđếmMOD-60 khôngđồng bộ 25 49 IC 74 ALS193  Kếthợp nhiềuIC để mở rộng bộđếm 50 Giảimãbộđếm  Giảimãlàbiết đổigiátrị nhị phân ở ngõ ra thành giá trị thập phân.  Bộ giải mã sau tích cựcmứccao, cóthể sử dụng các đèn LED để thể hiệncácsố thậpphântừ 0 – 7. 34 67 PIPO – 74 ALS 174 /74 HC 174 68 PIPO – 74 ALS 174 /74 HC 174  74 ALS 174 đượcsử dụng để làm bộ thành ghi dịch 37 73 PISO - 74 HC165 74 Mạch thanh... đếnFF đầutiên)  FF cuối cùng sẽ dịch giá trị củanóđến FF đầu tiên  D-FF đượcsử dụng (JK-FF cũng có thểđược sử dụng)  Phảibắt đầuvớitrạng thái chỉ có một FF có giá trị 1 và những cái còn lại ở trạng thái 0. 80 Dịch vòng MOD-4 17 33 Ví dụ 7- 3  Sử dụng IC 74 LS293 thiếtlậpbộđếm MOD-16 34 Ví dụ 7- 4  Sử dụng IC 74 LS293 thiếtlậpbộđếm MOD-10 ... các ngõ ra đảo để điềukhiển. 30 Bộđếmlên/xuống đồng bộ 41 81 Dịch vòng 4 bit  BộđếmMOD-4 82 Câu hỏi? 3 5 Số MOD  S ố MOD là số trạng thái trong mộtchu kỳ củamộtbộđếm.  B ộđếm trong hình 7- 1 có 16 trạng thái khác nhau, do vậynólàbộđếm MOD-16  S ố MOD củamộtbộđếm đượcthayđổi cùng vớisố Flip-Flop.  Số MOD ≤ 2 N 6 Số MOD  Ví dụ  Mộtbộđếm đượcsử dụng để đếmsảnphẩm chạyqua mộtbăng tải. Mỗisảnphẩm điqua... đổitrạng thái củaJK-FF 0X111Ỉ1 1X011Ỉ0 X1100Ỉ1 X0000Ỉ0 KJKế tiếpHiệntạiChuyển đổi 13 25 Ví dụ 7- 2  Xác định mạch bộđếm đồng bộ MOD-60 26 Câu hỏi?  Trong bộđếmMOD-13, ngõracủa FF nào đượcnối đếnngõvàocổng NAND của mạch clear?  Tấtcả các bộđếm BCD là bộđếmthập phân?  Cho mộtbộđếmthậpphân, tầnsố ngõ vào là 50KHz. Tầnsố ngõ ra là bao nhiêu? 2 3 Hình 7- 1 Bộđếm 4 bit 4 Quy ướcvề trọng số  Trong phầnlớncácmạch,... cao.  Bộđếm đồng bộ có thể hoạt động vớitầnsố cao hơnbộđếm khơng đồng bộ. 30 59 Tương tự ta có 60 Sơđồmạch 9 17 Hình 7- 2 BộđếmMOD-6 18 Trạng thái tạm  Lưuý rằng trong hình 7- 2 , 110 là một trạng thái tạmthời. Mạch chỉ tồntại ở trạng thái này trong thờigianrấtngắn sau đósẽ chuyển sang trạng thái 000.  000Ỉ001Ỉ010Ỉ011Ỉ100Ỉ101Ỉ000  Ngõ ra của FF C có tầnsố bằng 1/6 tầnsố ngõ vào. 5 9 Trễ trong bộđếm không... bộđếmMOD-5 xxx000111 0xx000011 x0x000101 00x000001 xx1001110 1x0110010 x10010100 100100000 D A D B D C ABCABC NEXTPRESENT 62 Ví dụ 7- 8  Xác định giá trị các ngõ vào D 11 21 Bộđếm MOD-14 và MOD-10 Bộđếm không đồng bộ 22 Bộđếm MOD-14 và MOD-10 Bộđếm đồng bộ 29 57 Bảng trạng thái củamạch 1x1x1x0001118 x01x1x00001 17 1xx01x0001016 x0x01x0000015 1x1xx10011104 x10xx01100103 1xx1x00101002 x1x0x01000 00Line 1 K A J A K B J B K C J C ABCABC NEXTPRESENT 58 Xác định các giá trị J và K  Tính giá trị củaJ A 26 51 GiảimãbộđếmMOD-8 52 Thiếtkế... truyềntín hiệuqua mỗiFF sẽ làm hạnchế tầnsố củabộđếm.  Vớibộđếm khơng đồng bộ ta phảicó  T clock ≥ N x t pd  F max = 1/( N x t pd ) 10 Trễ trong bộđếm khơng đồng bộ  Bộđếm3 bit vớinhững tần số xung clock khác nhau 35 69 Mạch thanh ghi tích hợp  Vào nốitiếp, ra nốitiếp:  IC 473 1B 1 0 1 0 1 1 0 1 Serial In Serial out …0 1… …1 0… 70 SISO - 473 1B 32 63 Ví dụ 7- 8  Sơđồmạch 64 Mạch thanh ghi tích... phầnlớncácmạch, dịng tín hiệu thường chạytừ trái sang phải.  Trong chương này, nhiềumạch điệncó dịng tín hiệuchạytừ phải sang trái.  Ví dụ, trong hình 7- 1 :  Flip-Flop A: LSB  Flip-Flop D: MSB 22 43 IC bộđếm đồng bộ  74 ALS193/HC193  Bộđếm đồng bộ  MOD-16  Presettable up/down  Preset không đồng bộ  Master reset không đồng bộ 44 IC 74 ALS193 12 23 Bộđếmthậpphân  B ộđếmthậpphân  Là bấtkỳ bộđếmnàocómườitrạng... hợp  Vào nốitiếp, ra song song:  IC 74 164 ,74 LS164 ,74 HC164 Serial In 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 …0 1… Parallel out MSB LSB 6 11 Câu hỏi?  Trong b ộđếmbất đồng bộ, tấtcả các FF thay đổitrạng thái cùng mộtlúc? Sai  Gi ả sử bộđếm trong hình 7- 1 đang ở trạng thái 0101. Sau 27 xung clock, trạng thái củabộđếmsẽ là bao nhiêu? 0000  S ố MOD củabộđếmcó5 Flip-Flop? 12 Bộđếm đồng bộ  Trạng thái củatấtcả... sản phẩm. Hỏiítnhấtphải có bao nhiêu Flip-Flop trong bộđếm?  Trả lời: 1000 ≤ 2 10 = 1024. Phảicó10 FF 28 55 Ví dụ, thiếtkế bộđếmMOD-5  Sơđồchuyển đổitrạng thái  000Ỉ001Ỉ010Ỉ011Ỉ100Ỉ000Ỉ… 56 Trạng thái hiệntạivàkế tiếp 0001118 00001 17 0001016 0000015 0011104 1100103 0101002 100000Line 1 ABCABC NEXTPRESENT 31 61 Ví dụ 7- 8  Sử dụng D-FF để thiếtkế bộđếmMOD-5 xxx000111 0xx000011 x0x000101 00x000001 xx1001110 1x0110010 x10010100 100100000 D A D B D C ABCABC NEXTPRESENT 62 Ví . không đồng bộ 173 3Ví dụ 7- 3 Sử dụng IC 74 LS293 thiếtlậpbộđếmMOD-16 34Ví dụ 7- 4 Sử dụng IC 74 LS293 thiếtlậpbộđếmMOD-10 1835Ví dụ 7- 5 Sử dụng IC 74 LS293 thiếtlậpbộđếm. Ví dụ, trong hình 7- 1 :Flip-Flop A: LSBFlip-Flop D: MSB 3 5Số MOD Số MOD là số trạng thái trong mộtchukỳ củamộtbộđếm.Bộđếm trong hình 7- 1 có 16 trạng tháikhác